*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第11章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础,第11章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础,11.1 双端MOS结构,11.1.1 能带图,多子积累：,1）能带,（,向上,）,弯曲并接近E,F,；,2）多子（空穴）在半导体表面积累，越接近半导体表面多子浓度越高。,图 11.4 p型衬底MOS电容器的能带图 (a)加负栅压,多子耗尽：,1）表面能带向下弯曲；,2）表面上的多子浓度比体内少得多，基本上耗尽，表面带负电。,图 11.4 p型衬底MOS电容器的能带图 (b)加小正栅压,少子反型：,1）E,i,与E,F,在表面处相交（此处为本征型）；,2）表面区的少子数多子数表面反型；,3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。,图 11.4 p型衬底MOS电容器的能带图 (c)加大正栅压,图 11.4 p型衬底MOS电容器的能带图,图 11.7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,11.1.2 耗尽层厚度,11.1.3 功函数差,图 11.13 p型衬底MOS结构加零栅压时的能带图 (a)n多晶硅栅(b)p多晶硅栅,复合系数,复合系数包含表面效应,图 11.14 n型衬底MOS结构加负栅压时的能带图,10.3.3 小结,复合系数,基极输运系数,发射极注入效率,共基极电流增益,共射极电流增益,11.1.4 平带电压,11.1.5 阈值电压,阈值反型点：,11.1.5 电荷分布,11.2 电容-电压特性,11.2.1 理想C-V特性,多子堆积MOS电容：,多子耗尽MOS电容：,阈值反型点最小电容：,少子反型MOS电容：,平带电容：,图 11.27 p型衬底MOS电容器 C-V特性,图 11.28 n型衬底MOS电容器 C-V特性,11.2.2 频率特性,11.2.3 固定栅氧化层和界面电荷效应,11.3 MOSFET基本工作原理,11.3.1 MOSFET结构,n沟道增强型,n沟道耗尽型,p沟道增强型,p沟道耗尽型,11.3.2 电流-电压关系,图 11.41 n沟道增强型MOSFET I-V特性曲线,非饱和区：,饱和区：,27 p型衬底MOS电容器 C-V特性,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (b)加小正栅压,第11章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础,41 n沟道增强型MOSFET I-V特性曲线,2）表面区的少子数多子数表面反型；,4 p型衬底MOS电容器的能带图,2）多子（空穴）在半导体表面积累，越接近半导体表面多子浓度越高。,1）Ei与EF在表面处相交（此处为本征型）；,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (b)加小正栅压,27 p型衬底MOS电容器 C-V特性,7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,2）表面区的少子数多子数表面反型；,3 固定栅氧化层和界面电荷效应,11.3.3 电流-电压关系-数学推导,假设：,复合系数,电荷中和,高斯定理,总电荷数,因为,合并(11.50)(11.53)和（11.54）,代入(11.45),28 n型衬底MOS电容器 C-V特性,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (c)加大正栅压,27 p型衬底MOS电容器 C-V特性,4 p型衬底MOS电容器的能带图,3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (b)加小正栅压,1）能带（向上）弯曲并接近EF；,4 p型衬底MOS电容器的能带图,3 固定栅氧化层和界面电荷效应,7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,1）表面能带向下弯曲；,7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,2）表面区的少子数多子数表面反型；,1）表面能带向下弯曲；,3 MOSFET基本工作原理,41 n沟道增强型MOSFET I-V特性曲线,13 p型衬底MOS结构加零栅压时的能带图 (a)n多晶硅栅(b)p多晶硅栅,p沟器件,11.3.4 跨导,非饱和区,饱和区,11.3.5 衬底偏置效应,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (b)加小正栅压,4 p型衬底MOS电容器的能带图,7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,14 n型衬底MOS结构加负栅压时的能带图,13 p型衬底MOS结构加零栅压时的能带图 (a)n多晶硅栅(b)p多晶硅栅,4 p型衬底MOS电容器的能带图,3 固定栅氧化层和界面电荷效应,4 p型衬底MOS电容器的能带图,27 p型衬底MOS电容器 C-V特性,7 n型衬底MOS电容器的能带图 (a)加正栅压(c)加小负栅压(c)加大负栅压,2）表面区的少子数多子数表面反型；,4 p型衬底MOS电容器的能带图 (c)加大正栅压,3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。,3 固定栅氧化层和界面电荷效应,1）表面能带向下弯曲；,1）能带（向上）弯曲并接近EF；,饱和区：,11.4 频率限制特性,11.4.1 小信号等效电路,G-P模型相对于E-M模型考虑了更多的物理特性,11.4.2 频率限制因素与截止频率,11.5 CMOS技术,